Игорь Блинков: «Для нового прорыва в космонавтике нужны не идеи, а новые материалы»
После глобальных прорывов прошлого столетия космонавтика неспешно продолжает свое эволюционное развитие. Ученые и инженеры уже несколько десятилетий бьются за каждый килограмм полезной нагрузки, работая над созданием деталей для ракет и спутников из легких и прочных материалов. По словам генерального директора госкорпорации «Роскосмос» Дмитрия Баканова, за последние пять лет в отечественной космонавтике появилось около 30 новых сплавов и композитов, которые сокращают массу изделий. Однако для новых революционных прорывов в отрасли ограничения материалов по-прежнему остаются одним из фундаментальных барьеров, который ученые пока не могут преодолеть без серьезных компромиссов. Ко Дню космонавтики доктор технических наук, профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Игорь Блинков рассказывает о перспективных материалах для космоса.
Космос как испытательный полигон для предельных состояний материалов
Космонавтика исторически была одним из главных драйверов развития материаловедения. Многие технологии, к которым мы привыкли — сенсоры CMOS, используемые в фотокамерах смартфонов, или, например, фильтры для воды — изначально создавались для этой отрасли. Всего в мире зарегистрировано около 2000 таких изобретений, которые сегодня широко используют в сельском хозяйстве, промышленном производстве, сфере здравоохранения и ИТ.
При определении требований к материалам необходимо учитывать условия их использования в космическом пространстве, зависящие от типа орбит, срока службы и возможных изменений свойств материалов под действием среды и радиации.
При выходе на низкую околоземную орбиту аппараты сталкиваются с атомарным кислородом, который окисляет и разрушает полимерные покрытия. Дальше добавляется радиационное воздействие, приводящее к дефектам кристаллической структуры. В атмосфере Земли температура на поверхности кораблей и спутников может превышать 1500–2000°C. То есть на летательные аппараты одновременно действует сразу несколько экстремальных параметров, которые в лабораториях обычно изучаются по отдельности.
Вакуум усиливает испарение и дегазацию, а радиация и циклические температурные нагрузки разрушают микроструктуру материалов. При этом ключевая проблема здесь — не просто деградация, а потеря предсказуемости в поведении веществ. Материал может вести себя стабильно в лаборатории и резко менять свойства в космосе из-за ряда факторов, которые на Земле трудно воспроизвести одновременно даже на короткое время.
Фокус на поверхности: переход от сплавов к функциональным инженерным системам
Современные материалы для космоса представляют собой сложные иерархические системы. Ученые добиваются новых характеристик не за счет корректировки состава, а конструируя архитектуру на атомном уровне с точностью, недоступной еще несколько десятилетий назад.
Макроскопические свойства определяют структурные элементы материала в наномасштабе — зерна и субзерна. Например, уменьшая размер зерна до нанодиапазона, можно одновременно повысить прочность и сопротивление трещинообразованию, а контролируя распределение фаз — замедлить окисление при экстремальных температурах. Фактически речь идет о «настройке» материала изнутри, когда его поведение задается не только химическим составом, но и точной конфигурацией структуры. Именно так сегодня создают ультравысокотемпературные керамики и углеродные композиты, способные работать при сверхвысоких температурах.
Также все чаще материалы для аэрокосмических систем конструируют по принципу многослойности. Базовая подложка отвечает за механическую прочность, переходные слои сглаживают тепловые напряжения и различия в свойствах, а верхние функциональные покрытия защищают от радиации, окисления и износа. В результате базовый материал можно оптимизировать под прочность и массу, а критические функции вынести на поверхность. Перспективным классом жаростойких и износостойких покрытий являются аморфные материалы на основе боридов и силицидов.
Тренды в материалах для космоса: 3D-печать и цифровые двойники
Прямо сейчас аддитивные технологии меняют инженерную логику в контексте развития космических технологий. Речь идет не только о возможности создавать детали сложной формы, которые невозможно получить традиционными методами, но и о переносе самого производства за пределы планеты, так как в условиях микрогравитации фазовые превращения и диффузия происходят иначе; даже хорошо изученные вещества могут демонстрировать новое поведение. С одной стороны, это открывает возможность получения структур, недостижимых в земных условиях, с другой — резко повышает требования к предсказуемости свойств: от стабильности порошков до управляемости процессов спекания. В перспективе космические аддитивные технологии открывают путь к появлению новых классов материалов, спроектированных с учетом особенностей среды, в которой они будут использоваться. Однако без глубокого понимания физико-химии процесса, 3D-печать в космосе останется экспериментом, а не инструментом.
Еще один тренд — предиктивное цифровое материаловедение и цифровые двойники. Сейчас ученые заранее могут рассчитать свойства, которые хотят смоделировать, а с помощью цифровых двойников прогнозируют деградацию и подбирают параметры под конкретные нагрузки. Это позволяет не просто ускорить разработку новых материалов, но и существенно снизить их стоимость, моделируя дорогостоящие испытания. Также это сокращает технологический путь от идеи до внедрения нового материала — критически важный фактор в условиях глобальной конкуренции.
Как ученые создают материалы для новых космических миссий
Отрасль требует материалов с предсказуемым поведением на длительный срок эксплуатации, покрытий с адаптивными свойствами, систем самовосстановления и встроенных сенсорных функций. Фактически нам нужны «умные материалы», которые не просто выдерживают воздействие среды, но и умеют реагировать на нее. Ученые активно работают над их созданием, а в работе учитывают особенности сред конкретных планируемых миссий. Например, высокую абразивность лунной пыли, которая мешает на поверхности и проникает внутрь аппаратов; марсианскую радиацию, ускоряющую деградацию конструкций; венерианскую атмосферу, которая предъявляет экстремальные требования к термостойкости и химической стабильности аппаратов.
Решить эти задачи под силу специалистам, обладающим знаниями физики твердого тела, химии, механики и биоматериаловедения с ориентацией на строго заданные условия эксплуатации. Так конкуренция в космической отрасли становится в том числе конкуренцией материаловедческих школ.
Согласно рейтингу одной из самых авторитетных и признанных в мировом академическом сообществе аналитических компаний — Quacquarelli Symonds — российским вузом №1 по материаловедению несколько лет подряд является НИТУ МИСИС. В рамках пилотного проекта по совершенствованию системы высшего образования* у нас стартует программа специализированного высшего образования «Фундаментальная инженерия функциональных и конструкционных материалов». Как один из ее преподавателей, поделюсь секретами нашего подхода в обучении. Образовательные треки «Высокотемпературные и сверхтвердые материалы» и «Физико-химия процессов и материалов» отражают два основных класса задач, на которые мы делаем упор. Важно, что мы с коллегами готовим не узкоспециализированных технологов, а обучаем молодых исследователей создавать материалы с заданными свойствами под конкретные условия эксплуатации: будь то металлургия, медицина или космос. При этом основу обучения составляют сквозные научные проекты, которые наши студенты ведут в лабораториях университета и на площадках партнеров, в том числе в сотрудничестве с Роскосмосом и Росатомом.
*Пилотный проект по совершенствованию системы высшего образования стартовал Указом Президента РФ в 2023 году в шести вузах: НИТУ МИСИС, МАИ, БФУ им. Канта, МПГУ, ТГУ и Горном университете. В основе новой системы лежат принципы фундаментальности, практикоориентированности и гибкости. Предусматривается уровневая структура: высшее образование, специализированное высшее образование и аспирантура. С 1 сентября 2026 года к первым шести вузам добавятся еще 11 университетов.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно